Kwel/infiltratie-fluxen berekend uit dag/nachtfluctuaties van de freatische stand

Aanpak

De freatische grondwaterstand van diverse meetlocaties vertoont vanaf het voorjaar tot het najaar opvallende dag-nacht fluctuaties (zie voorbeeld Figuur 3.44). Dag-nacht fluctuaties in

grondwaterstanden vormen een patroon dat veroorzaakt wordt door waterverlies als gevolg van evapotranspiratie (ET) en het gelijktijdig optreden van toestroming van grondwater (kwel). Onder directe invloed van zonnestraling zorgt ET overdag voor verlies van grondwater aan de atmosfeer, wat resulteert in een daling in de grondwaterstand. Tijdens de nachten valt de ET weg en stijgt het grondwaterniveau als effect van opwaartse grondwatertoevoer (kwel) (Gribovszki et al., 2010). Kwelfluxen en ET zijn uit de dag-nacht fluctuaties te schatten met de aannames dat dag-nacht fluctuaties enkel veroorzaakt worden door kwelflux en ET, én dat er geen ET optreedt tijdens de nacht. De toename in grondwaterstand tijdens de nacht kan hierdoor direct toegeschreven worden aan de kwelflux, en voor de periode van één dag kan hieruit een verband tussen grondwaterstand en kwelflux worden afgeleid. Het verloop van de kwelflux kan dan op basis van

waterstandsmetingen overdag worden geëxtrapoleerd. Uit de berekende kwelfluxen en de gemeten grondwaterstandsveranderingen kan tenslotte ET afgeleid worden. De hierna genoemde resultaten zijn berekend met de methode zoals beschreven in Loheide (2008).

Figuur 3.44. Voorbeeld van een periode met dag-nacht oscillaties op locatie G0191.

Figure 3.44. Example of a period with a diurnal oscillation of the water level at site G0191.

De methode voor het schatten van kwelfluxen en ET uit dag-nacht fluctuaties is gebaseerd op een aantal aannames, en is hierdoor toepasbaar op een gedeelte van de beschikbare tijdreeksdata. Allereerst is het nodig om de berekeningen alleen uit te voeren voor periodes zonder neerslag met

Date G ro u n d w a te r le v e l (m + re f)

13-May-2018 16-May-2018 19-May-2018 22-May-2018 25-May-2018 28-May-2018 6.8 6.85 6.9 6.95 7 7.05 7.1 7.15 7.2 7.25 G0191_0

schatten van de benodigde bergingscoëfficiënt. Variaties in de laterale fluxen kunnen dan grote invloed uitoefenen op de dynamiek van de waterstand. In het studiegebied waren diverse meetpunten permanent of langdurig geïnundeerd, waardoor laterale fluxen grote invloed hebben op de uitkomsten van de Loheide-methode. Om de invloed van laterale fluxen zo veel mogelijk uit te sluiten en een schatting van de bergingscoëfficiënt mogelijk te maken, is gekozen om enkel kwelfluxen te berekenen bij waterstanden onder maaiveld. Locaties G0191 en G0197 zijn hiervoor vanwege hun relatief hoge ligging geschikt. Daarnaast waren grondwaterstanden tijdens de zomer van 2018 dermate laag, dat op de zeer natte locaties toen wel kwelfluxen berekend konden worden.

Als controle of de berekende kwelflux en ET realistische waarden hebben, zijn beide respectievelijk vergeleken met het gemeten stijghoogteverschil van de freatische stand met de stijghoogte van een diepere filter (kan alleen voor locaties met metingen in diepere filters) en de potentiële evapotranspiratie (ETPM) die is afgeleid uit meteorologische metingen. ETPM is berekend volgens de methode van Penman-Monteith op basis van meteorologische gegevens van station Eelde. Neerslag is gebaseerd op metingen van het naburige meteostation met lokale correctie op basis van

radarbeelden van neerslag. Aannames zijn: 1) dat de berekende kwelflux een positieve lineaire correlatie heeft met het stijghoogteverschil op grond van de Darcy-stroming; 2) er een positieve lineaire correlatie is van de berekende ET met ETPM; 3) dat de berekende ET niet veel hoger kan zijn dan de potentiële evapotranspiratie (ETPM).

Resultaten

De variatie van de kwelflux en ET voor locaties G0191 en G0197 (Figuur 3.45) geeft een indicatie voor de dagelijkse en seizoensmatige dynamiek. Relatief hogere fluxen treden op gedurende de zomermaanden en lagere waarden in het voor- en najaar. De berekende fluxen vertonen ook een zeer sterke variatie binnen de geselecteerde perioden, vooral in het geval van G0192 en G0197, wat een complicerende factor vormt voor de interpretatie van de verkregen resultaten. Wanneer voor locatie G0191 de berekende kwelfluxen worden vergeleken met de gemeten

stijghoogteverschillen van deze locatie (Figuur 3.40) dan is er geen significantie relatie (r2 _{= 0.005)} (voor locatie G0197 zijn geen stijghoogteverschillen beschikbaar). Voor beide locaties is ook geen significante correlatie van de berekende ET met de ETPM (r2 _{is respectievelijk 0.13 en 0.24). Het} ontbreken van lineaire relaties met het stijghoogteverschil en de potentiële evapotranspiratie is een aanwijzing dat berekende kwelfluxen en ET met deze methode niet betrouwbaar zijn. Tevens is de berekende ET vaak veel hoger dan de potentiële verdamping volgens ETPM. Bij de locaties G0192 en G0188 treedt ook geen positieve lineaire relatie op van berekende ET met ETPM. Ook hier is de berekende ET regelmatig hoger dan ETPM.

Locatie G0198 heeft wel een positief lineair verband van de kwelflux met het stijghoogteverschil (r2 = 0.63) en van berekende ET met de ETPM (r2 _{= 0.83) (Figuur 3.46). Ook is de berekende ET nooit} hoger dan de berekende potentiële evapotranspiratie. Dat is een aanwijzing dat de variatie van berekende kwelfluxen en ET een directe fysische relatie heeft met de geohydrologische en

meteorologische toestand. Wel geldt dat de lineaire relatie van kwelflux met stijghoogte een groot intercept heeft (-6.7 mm/d). Mogelijk representeert deze waarde de laterale afvoerflux die met de rekenmethode van Loheide niet wordt meegenomen. Als dat zo is, zou de werkelijke kwelflux veel hoger zijn. Locatie OBN02 heeft ook een positieve lineaire relatie van berekende ET en de ETPM (r2 = 0.74). Hier treden in juli wel hogere berekende ET-waarde op dan ETPM.

Wanneer gekeken wordt naar de twee locaties met betrouwbare uitkomsten dan treden de

volgende kwelfluxen op (Figuur 3.46). Locatie G0198 heeft in de zomer van 2018 een kwelflux van 1.8 tot 3.8 mm/d en in het najaar van 2018 0.3-0.7 mm/d. Locatie OBN02 heeft in de zomer een grote range van 2.2 tot 7 mm/d en in het najaar een lagere flux van 0.5 tot 2.0 mm/d. Beide locaties vertonen in 2018 dus een sterke dynamiek van de kwelflux, die bij locatie G0198 is de berekende kwelflux vrij sterk is gecorreleerd met het stijghoogteverschil.

Figuur 3.45. Berekende kwelflux (seepage, blauw) en evapotranspiratie (ET, groen) uit dag-nacht fluctuaties op locaties G0188, G0191, G0192, OBN02, G0197 en G0198. Voor locaties G0191 en G0197 zijn kwelfluxen en ET berekend over een periode van augustus 2016 tot oktober 2018, voor de overige locaties enkel in de zomer en herfst van 2018.

Uit de regressie van ET op ETPM (Figuur 3.46) zou de helling in de vergelijking opgevat kunnen worden als een schatting van de gewasfactor (zie par. 2.4.3). Voor locatie G0198 met een matig productieve snavelzegge-holpijp-vegetatie bedraagt die 0.88 en voor locatie OBN02 met een sterk productieve holpijpvegetatie 1.71. De regressies voor beide locaties hebben overigens ook een negatieve offset van resp. 0.7 en 1.3 mm/d.

Figuur 3.46. De relatie van de berekende kwelflux met het stijghoogteverschil en van de berekende evapotranspiratie (ET) met de potentiële evapotranspiratie (ETPM) berekend uit

meteorologische gegevens voor de locaties G0198 en OBN02. De stippellijn geeft de lineaire relatie weer met in de grafiek de vergelijking en verklaarde variantie. In de grafiek met ET geeft de zwarte lijn de 1:1 ratio weer.

Figure 3.46. The relation of calculated seepage flux with the difference of water level and hydraulic head (left)

and calculated evapotranspiration (ET) with potential evapotranspiration (ETPM) calculated from meteorological

data (right) for site G0198 and OBN02.